Электрохимия - Electrowinning
Электролитический , также называемый электролитического , является электроосаждение из металлов из их руд , которые попали в растворе с помощью процесса , обычно упоминается как выщелачивание. Электрорафинирование использует аналогичный процесс для удаления примесей из металла. Оба процесса используют гальваническое покрытие в больших масштабах и являются важными методами для экономичной и простой очистки цветных металлов . Полученные металлы называются электроволокнами .
При электролизе электрический ток пропускается от инертного анода (окисление) через раствор для выщелачивания, содержащий растворенные ионы металла, так что металл восстанавливается по мере его осаждения в процессе гальваники на катоде (восстановление). При электрорафинировании анод состоит из очищаемого нечистого металла (например, меди ). Неочищенный металлический анод окисляется, и металл растворяется. Ионы металла мигрируют через кислотный электролит к катоду, где осаждается чистый металл. Нерастворимые твердые примеси, осаждающиеся под анодом, часто содержат ценные редкие элементы, такие как золото , серебро и селен .
История
Электролитическое извлечение - это старейший промышленный электролитический процесс. Английский химик Хамфри Дэви впервые получил металлический натрий в элементарной форме в 1807 году путем электролиза расплавленного гидроксида натрия .
Электролитическое рафинирование меди было впервые экспериментально продемонстрировано Максимилианом, герцогом Лейхтенбергским в 1847 году.
Джеймс Элкингтон запатентовал коммерческий процесс в 1865 году и открыл первый успешный завод в Пембри , Уэльс, в 1870 году. Первым коммерческим заводом в Соединенных Штатах была компания Balbach and Sons Refining and Smelting Company в Ньюарке, штат Нью-Джерси, в 1883 году.
Приложения
Наиболее распространенными электрохимическими металлами являются свинец , медь , золото , серебро , цинк , алюминий , хром , кобальт , марганец , а также редкоземельные и щелочные металлы . Для алюминия это единственный производственный процесс. Некоторые промышленно важные активные металлы (которые сильно реагируют с водой) производятся в промышленных масштабах путем электролиза их пирохимических расплавленных солей. Проведены эксперименты с применением электрорафинирования для переработки отработавшего ядерного топлива. Электроочистка позволяет отделить тяжелые металлы, такие как плутоний , цезий и стронций, от менее токсичной массы урана . Также доступны многие системы электроэкстракции для удаления токсичных (а иногда и ценных) металлов из потоков промышленных отходов.
Процесс
Большинство металлов встречаются в природе в окисленной форме ( руды ) и, следовательно, должны быть восстановлены до их металлических форм. Руда растворяется после некоторой предварительной обработки в водном электролите или в расплаве соли, и полученный раствор подвергается электролизу. Металл осаждается на катоде (в твердой или жидкой форме), в то время как анодная реакция обычно представляет собой выделение кислорода . Некоторые металлы в природе присутствуют в виде сульфидов металлов ; к ним относятся медь , свинец , молибден , кадмий , никель , серебро , кобальт и цинк . Кроме того, золото и металлы платиновой группы связаны с сульфидными рудами цветных металлов. Большинство сульфидов металлов или их солей являются электропроводными, и это позволяет электрохимическим окислительно-восстановительным реакциям эффективно протекать в расплавленном состоянии или в водных растворах.
Некоторые металлы, например никель, не подвергаются электролизу, а остаются в растворе электролита. Затем они восстанавливаются химическими реакциями для очистки металла. Другие металлы, которые во время обработки целевого металла были восстановлены, но не осаждались на катоде, опускаются на дно электролитической ячейки, где они образуют вещество, называемое анодным шламом или анодным шламом . Металлы в этом шламе можно удалить стандартными методами пирорафинирования .
Поскольку скорость осаждения металла зависит от доступной площади поверхности, важно поддерживать исправно работающие катоды. Существуют два типа катодов, плоские и сетчатые катоды , каждый из которых имеет свои преимущества. Катоды с плоской пластиной можно очищать и использовать повторно, а металлы с металлическими покрытиями - восстанавливать. Сетчатые катоды имеют гораздо более высокую скорость осаждения по сравнению с плоскими катодами. Однако они не подлежат повторному использованию и должны быть отправлены на переработку. В качестве альтернативы можно использовать стартовые катоды из предварительно очищенного металла, которые становятся неотъемлемой частью готового металла, готового к прокатке или дальнейшей обработке.